극초음속 스크램제트 흡입구 언스타트(Unstart) 충격파-경계층 간섭 능동 블리드 제어 C# SIMD 서보 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 25,000Hz 스크램제트 충격파 추적 서보 엔진

가비지 컬렉터의 메모리 지연을 방지하기 위해 `ref struct`와 AVX2 256비트 SIMD를 통해 16채널 벽면 정압 구배를 실시간 미분하고 충격파 전연을 40us 주기로 추적합니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.Scramjet
{
    /// <summary>
    /// 스크램제트 격리부 16채널 고주파 압력 센서 원격 측정 데이터 (25kHz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct IsolatorPressureTelemetry
    {
        public readonly float TimestampSec;
        public readonly float FlightMach; // e.g. 6.2
        public readonly float InletStaticPressureKPa;
        public readonly Vector256<float> PressuresFrontHalf; // 탭 0~7 (전방부)
        public readonly Vector256<float> PressuresRearHalf;  // 탭 8~15 (후방부)

        public IsolatorPressureTelemetry(
            float time, float mach, float pInlet,
            Vector256<float> front, Vector256<float> rear)
        {
            TimestampSec = time;
            FlightMach = mach;
            InletStaticPressureKPa = pInlet;
            PressuresFrontHalf = front;
            PressuresRearHalf = rear;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 25kHz 언스타트 예측 및 능동 블리드 밸브 고속 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class ScramjetUnstartBleedServoEngine
    {
        private const float ThroatPositionMeters = 0.35f;
        private const float SafeShockMarginMeters = 0.65f;
        private const float BleedGainKp = 145.0f;
        private const float BleedGainKd = 8.5f;

        private float _prevShockPosition;

        public ScramjetUnstartBleedServoEngine()
        {
            _prevShockPosition = SafeShockMarginMeters;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeBleedActuation(
            in IsolatorPressureTelemetry telemetry,
            out bool isUnstartImminent,
            out float shockLeadingEdgeMeters,
            out float commandedBleedValveAreaPercent)
        {
            // 1. 16개 압력 탭 결합 및 압력 급상승(Jump) 지점 탐색
            Span<float> p = stackalloc float[16];
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(p.Slice(0, 8)), in telemetry.PressuresFrontHalf);
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(p.Slice(8, 8)), in telemetry.PressuresRearHalf);

            float pBase = telemetry.InletStaticPressureKPa;
            float maxGrad = 0.0f;
            int shockIndex = 15;

            // 충격파 선두 탐색: 압력비 p[i] / pBase > 2.2 지점
            for (int i = 0; i < 15; i++)
            {
                float grad = p[i + 1] - p[i];
                if (grad > maxGrad && (p[i + 1] / pBase) > 2.2f)
                {
                    maxGrad = grad;
                    shockIndex = i;
                }
            }

            // 덕트 길이(1.6m) 매핑: index 0 (0.1m) ~ 15 (1.5m)
            shockLeadingEdgeMeters = 0.1f + (shockIndex * 0.0933f);

            // 2. 충격파 속도 산출 (dt = 40us, 25kHz)
            float shockVel = (shockLeadingEdgeMeters - _prevShockPosition) * 25000.0f;
            _prevShockPosition = shockLeadingEdgeMeters;

            // 3. 언스타트 임박 경보 (충격파가 스로트 전방으로 역류 시)
            isUnstartImminent = (shockLeadingEdgeMeters < (ThroatPositionMeters + 0.15f)) || (shockVel < -80.0f);

            // 4. 고속 능동 블리드 밸브 개방 면적 지령 (0% ~ 100%)
            float positionError = SafeShockMarginMeters - shockLeadingEdgeMeters;
            float targetBleed = (BleedGainKp * MathF.Max(0.0f, positionError)) - (BleedGainKd * shockVel * 0.01f);

            commandedBleedValveAreaPercent = Math.Clamp(targetBleed, 0.0f, 100.0f);
        }
    }
}